提起IO模型首先想到的就是同步,异步,阻塞,非阻塞这几个概念。每个概念的含义,解释,概念间的区别这些都是好理解,这里深入*nix系统讲一下IO模型。
在*nix中将IO模型分为5类。
- Blocking I/O
- Nonblocking I/O
- I/O Multiplexing (select and poll)
- Signal Driven I/O (SIGIO)
- Asynchronous I/O (the POSIX aio_functions)
阻塞 I/O(blocking IO)
如图所示,系统调用recvfrom,内核kernel等待数据数据准备完成,在数据准备完成后将数据从内核态拷贝到用户态,recvfrom直到整个过程结束后才完成,在整个过程中经历2次阻塞。
非阻塞 I/O(nonblocking IO)
如图所示,系统调用recvfrom,内核kernel在数据没有准备完成时直接返回,系统会不断轮询,在kernel准备完成数据后将数据从内核态拷贝到用户态,在等待数据完成的过程中并不阻塞。
I/O 多路复用( IO multiplexing)
如图所示,IO multiplexing 使用select,poll,epoll等实现单个kernel的进程/线程处理多个IO请求,IO复用将等待数据准备和将数据拷贝给应用这两个阶段分开处理,让一个线程(而且是内核级别的线程)来处理所有的等待,一旦有相应的IO事件发生就通知继续完成IO操作,虽然仍然有阻塞和等待,但是等待总是发生在一个线程,这时使用多线程可以保证其他线程一旦唤醒就是处理数据。
信号驱动 I/O (Signal Driven I/O)
如图所示,系统调用recvfrom试图读取数据,并且直接返回,不管是否有数据可读,内核线程读完数据,给发信号通知应用线程,应用线程收到信息,等待内核线程将数据拷贝给应用线程。
异步 I/O(asynchronous IO)
如图所示,系统调用aio_read,内核kernel直接返回,系统不需要阻塞,继续做其他事情。kernel则进行等待数据准备完成,并将数据拷贝到用户态后,发送signal信号通知系统已经完成。